一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和控制系統(tǒng)，具有高度集成化終端的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能和語音報(bào)警功能，監(jiān)控終端安裝在沼氣池的發(fā)酵罐和儲(chǔ)氣罐等周圍，以及一些連接處的接點(diǎn)位置。終端上的報(bào)警器會(huì)根據(jù)監(jiān)控得到的數(shù)據(jù)作出報(bào)警。采集到的信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送至PC機(jī)的軟件監(jiān)控平臺(tái)上，供管理人員參考和分析，本實(shí)用新型利用無線傳感網(wǎng)技術(shù)和ZigBee技術(shù)，借助于嵌入式的平臺(tái)，解決了工業(yè)級(jí)別的大中型沼氣池中的安全監(jiān)控中的實(shí)時(shí)監(jiān)控難，實(shí)時(shí)處理難，自動(dòng)控制難等問題，在嵌入式平臺(tái)內(nèi)運(yùn)行相應(yīng)的算法，實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備，構(gòu)建了一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和控制系統(tǒng)。
【專利說明】—種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，屬于沼氣池安全監(jiān)控和控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]中國作為能源消費(fèi)大國，新能源的開發(fā)利用對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。在此背景下，沼氣資源作為一項(xiàng)極具應(yīng)用前景的新能源，其開發(fā)利用是解決能源緊張形勢下城市能源供應(yīng)問題的有效舉措。截止到2011年底，中央支持建成了 2.4萬處小型沼氣工程和3690多處大中型沼氣工程，多元化發(fā)展的新格局初步形成。據(jù)農(nóng)業(yè)部規(guī)劃，“十二五”期間中央投資優(yōu)先支持向農(nóng)戶集中供氣的大中型沼氣項(xiàng)目，通過試點(diǎn)工程的示范帶動(dòng)商業(yè)沼氣的發(fā)展，可見，大中型沼氣池發(fā)展日益受到國家的重視。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是一種新的科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，可以廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療護(hù)理、軍事領(lǐng)域等領(lǐng)域。隨著硬件開發(fā)平臺(tái)和仿真工具的出現(xiàn)，WSN的研究得到了長足的發(fā)展，特別是在ZigBee技術(shù)發(fā)展起來以后，其在通信協(xié)議的分層和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)、無線通信協(xié)議棧、同步和定位中間件、數(shù)據(jù)融合、功耗和高安全性設(shè)計(jì)等技術(shù)研究方面又取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著WSN的進(jìn)一步發(fā)展，它在工業(yè)和人們的日常生活中的應(yīng)用將更加廣泛。
[0004]ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要應(yīng)用到數(shù)字家庭、工業(yè)控制、集裝箱管理、醫(yī)院綜合管理系統(tǒng)與無線定位。ZigBee協(xié)議共有四層，從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。IEEE僅處理低級(jí)的MAC層和物理層協(xié)議，ZigBee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、路由器(Router)、終端節(jié)點(diǎn)(EndDevice)等三種設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是利用ZigBee對(duì)大中型沼氣池進(jìn)行有效地監(jiān)控。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，包括由PC機(jī)及與其相連的互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的PC機(jī)控制系統(tǒng)、協(xié)調(diào)器、路由器及用于針對(duì)沼氣池的特殊情況自動(dòng)打開風(fēng)扇通風(fēng)的處理系統(tǒng)，其特征在于:PC機(jī)控制系統(tǒng)連接處理系統(tǒng)并控制連接協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器與若干個(gè)路由器相連，每個(gè)路由器均連接若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，其中，終端節(jié)點(diǎn)分為固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部均安裝有ZigBee芯片，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和固定節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給路由器，路由器將數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器傳輸給PC機(jī)控制系統(tǒng)。
[0007]優(yōu)選地，所述ZigBee芯片分別與傳感器模塊、開關(guān)模塊、報(bào)警模塊、射頻模塊和電源模塊相連。
[0008]優(yōu)選地，由所述PC機(jī)控制系統(tǒng)、所述協(xié)調(diào)器和所述路由器共同組成遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選地，由所述固定節(jié)點(diǎn)和所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成無線終端系統(tǒng)。
[0010]優(yōu)選地，所述PC機(jī)控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)端；所述協(xié)調(diào)器、所述路由器和所述固定節(jié)點(diǎn)安裝于沼氣池相應(yīng)設(shè)備的周圍；所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)安放于管理人員或安檢人員身上。
[0011]本實(shí)用新型具有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、可有效地保證管理員人身安全，避免潛在危險(xiǎn)。并且對(duì)超標(biāo)氣體，或易漏氣點(diǎn)做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)防為主。本實(shí)用新型高度集成化，具有體積小、質(zhì)量輕、耗電少，使用壽命長的特點(diǎn)，適合定點(diǎn)安放和人員攜帶。
[0013]2、采用ZigBee技術(shù)，設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊，解決了工業(yè)級(jí)別的大中型沼氣池實(shí)時(shí)警報(bào)呼救問題，ZigBee的高穩(wěn)定性、低功耗、低成本、支持大量節(jié)點(diǎn)、多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、安全等特點(diǎn)，可以使得通信范圍內(nèi)的所有終端節(jié)點(diǎn)都能穩(wěn)定、高質(zhì)量地與上層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交流。
[0014]3、采用ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)，以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的功能，可以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)鍵性，減少實(shí)際設(shè)備布線難度。
[0015]4、通過運(yùn)用PC機(jī)上的軟件控制界面，可以實(shí)時(shí)對(duì)大中型沼氣池各點(diǎn)的監(jiān)控，提高夜間以及特殊時(shí)期的工作效率，做到安全為主，預(yù)防第一。遇到漏氣等情況可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)回的數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)排查并補(bǔ)救措施。
[0016]5、PC機(jī)上的界面可以一對(duì)一對(duì)應(yīng)各個(gè)實(shí)際安裝的節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)具有定位功能，上位機(jī)上可以顯示移動(dòng)及節(jié)點(diǎn)定位功能。
[0017]6、沼氣池的清洗和安檢是危險(xiǎn)和重要的工作，若人員攜帶移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控所處環(huán)境的氣體成分，及其含量，做到安全監(jiān)控，提高工作效率的功能，遇到危險(xiǎn)實(shí)時(shí)的采取措施。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)包括由PC機(jī)及與其相連的互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的PC機(jī)控制系統(tǒng)、協(xié)調(diào)器、和路由器，PC機(jī)控制系統(tǒng)控制連接協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器連接若干個(gè)路由器，單個(gè)路由器連接若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)分為固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部安裝有ZigBee芯片。
[0022]由PC機(jī)控制系統(tǒng)、協(xié)調(diào)器和路由器組成遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)。由固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成定位無線終端系統(tǒng)。
[0023]PC機(jī)控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)端，協(xié)調(diào)器、路由器和固定節(jié)點(diǎn)安裝于沼氣池發(fā)酵罐和儲(chǔ)氣罐、沼氣凈化系統(tǒng)等周圍，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)安放于管理人員或安檢人員身上。
[0024]移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和固定節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給路由器，路由器將數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器傳輸給PC機(jī)控制系統(tǒng)。
[0025]結(jié)合圖2，ZigBee芯片分別與傳感器模塊、開關(guān)模塊、報(bào)警模塊、射頻模塊和電源模塊相連。
[0026]開關(guān)模塊功能用于開啟固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，按下移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的開關(guān)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)便會(huì)立刻與周邊環(huán)境內(nèi)事先布置的節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，形成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地將檢測到數(shù)據(jù)通過路由無線傳送到PC機(jī)控制系統(tǒng)，PC機(jī)控制系統(tǒng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到遠(yuǎn)程的高級(jí)控制系統(tǒng)。
[0027]由報(bào)警模塊進(jìn)行狀態(tài)提醒。當(dāng)遇到漏氣等情況，甲烷，硫化氫氣體會(huì)超過程序所設(shè)置的值時(shí)，報(bào)警模塊就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員，有危害發(fā)生，通過PC機(jī)控制系統(tǒng)觀察在哪個(gè)范圍，實(shí)時(shí)排查和檢修，多方位、多角度地找到漏氣處，排除潛在的危害。
[0028]射頻模塊是ZigBee芯片的重要組成模塊，用于將數(shù)據(jù)無線傳送到路由設(shè)備，再由路由設(shè)備把數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器上。
[0029]傳感器模塊用于對(duì)周圍氣體進(jìn)行檢測。
[0030]電源模塊用于終端節(jié)點(diǎn)供電，可采用小型鋰電池，并設(shè)有迷你USB充電接口。
[0031]處理系統(tǒng)是針對(duì)漏氣等情況自動(dòng)采取打開風(fēng)扇，通風(fēng)的控制系統(tǒng)，可以做到夜間，特殊情況的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，包括由PC機(jī)及與其相連的互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的PC機(jī)控制系統(tǒng)、協(xié)調(diào)器、路由器及用于針對(duì)沼氣池的特殊情況自動(dòng)打開風(fēng)扇通風(fēng)的處理系統(tǒng)，其特征在于:PC機(jī)控制系統(tǒng)連接處理系統(tǒng)并控制連接協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器與若干個(gè)路由器相連，每個(gè)路由器均連接若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，其中，終端節(jié)點(diǎn)分為固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部均安裝有ZigBee芯片，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和固定節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給路由器，路由器將數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器傳輸給PC機(jī)控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee芯片分別與傳感器模塊、開關(guān)模塊、報(bào)警模塊、射頻模塊和電源模塊相連。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，其特征在于:由所述PC機(jī)控制系統(tǒng)、所述協(xié)調(diào)器和所述路由器共同組成遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，其特征在于:由所述固定節(jié)點(diǎn)和所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成無線終端系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的大中型沼氣池安全監(jiān)控和處理系統(tǒng)，其特征在于:所述PC機(jī)控制系統(tǒng)位于遠(yuǎn)端；所述協(xié)調(diào)器、所述路由器和所述固定節(jié)點(diǎn)安裝于沼氣池相應(yīng)設(shè)備的周圍；所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)安放于管理人員或安檢人員身上。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203930452SQ201420002431
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】吳赟, 孫韶媛, 仇潤鶴, 董林蓮, 趙曉建, 何樸芳, 彭澄澄, 袁冬冬 申請(qǐng)人:東華大學(xué)